高速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品的測試及應(yīng)用研究

1 引 言

隨著一體化綜合艦船信息系統(tǒng)的發(fā)展，作戰(zhàn)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)及數(shù)據(jù)流量大幅增加，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境也從原來的百兆網(wǎng)絡(luò)環(huán)境提高到千兆網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，所以對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)監(jiān)控記錄設(shè)備，普通網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)采集性能已不能滿足使用需求[1,2]。為了保證數(shù)據(jù)采集的全面、可靠和有效，需要使用高速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的監(jiān)控和記錄。

為了選擇符合功能及性能需求并有利于二次開發(fā)的高速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集卡，本文對Finisar和Clearsight這兩種目前較為成熟的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品進(jìn)行了測試研究，比較了兩種數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品的功能、性能，并對基于Finisar采集卡自行開發(fā)的錄取程序進(jìn)行了測試，考察了兩種產(chǎn)品二次開發(fā)的難易程度，為選擇更符合使用要求并有利于進(jìn)一步開發(fā)的數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品提供參考。

2 設(shè)備基本情況

Finisar網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品是專注于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)捕獲、網(wǎng)絡(luò)流量統(tǒng)計(jì)、協(xié)議類型及報(bào)文內(nèi)容的綜合分析和處理產(chǎn)品，具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)捕獲和網(wǎng)絡(luò)報(bào)文分析功能。其網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的捕獲由硬件采集卡完成，并且可以實(shí)現(xiàn)多卡同步工作，共同完成大流量網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的采集。利用Finisar公司的配套商用軟件，各個(gè)采集節(jié)點(diǎn)之間可以互相進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，并可以獲取各遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集統(tǒng)計(jì)信息。

Clearsight網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品同樣具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)捕獲和網(wǎng)絡(luò)報(bào)文分析功能。其網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的捕獲也是由專門的硬件采集卡完成，但不具備多卡同步協(xié)同工作能力。與Finisar網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品一樣，Clearsight的各個(gè)采集節(jié)點(diǎn)之間也可以互相進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，并獲取各遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計(jì)信息。

3 測試內(nèi)容

3.1 被試設(shè)備

具體的被試設(shè)備參數(shù)配置見表1。

表1 被試設(shè)備配置

3.2 配試設(shè)備

具體的配試設(shè)備參數(shù)配置見表2。

配試所用數(shù)字視頻的基本參數(shù)見表3、表4。

表2 配試設(shè)備配置

表3 被測數(shù)字視頻參數(shù)

表4 數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)流量統(tǒng)計(jì)

3.3 數(shù)據(jù)采集性能測試

3.3.1 1 000 Mbps流量數(shù)據(jù)采集測試

1) 測試環(huán)境

1 000 Mbps流量數(shù)據(jù)采集測試環(huán)境如圖1所示。被試設(shè)備(Finisar網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集卡或Clearsight網(wǎng)絡(luò)探針)與Finisar協(xié)議分析儀數(shù)據(jù)口通過雙絞線直接相連，從而避免因交換機(jī)性能引起的丟包；協(xié)議分析儀、PC機(jī)均與交換機(jī)相連，通過監(jiān)控協(xié)議分析儀的PC機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收發(fā)、查看統(tǒng)計(jì)信息[3,4]。

圖1 1 000 Mbps流量數(shù)據(jù)采集測試環(huán)境示意圖

2) 測試過程

在以太網(wǎng)中報(bào)文長度在64～1 518 B之間[5]，所以測試中選擇了64 B和1 518 B這兩種極端長度的報(bào)文。由于協(xié)議分析儀模擬流量時(shí)報(bào)文之間存在間隔，所以在線速下發(fā)送64 B長度報(bào)文時(shí)的網(wǎng)絡(luò)利用率最高可達(dá)到73.3%，而發(fā)送1 518 B長度報(bào)文的網(wǎng)絡(luò)利用率最高可達(dá)97.8%[6]。

測試時(shí)，協(xié)議分析儀在1 000 Mbps線速下發(fā)送長度為64 B或1 518 B的廣播報(bào)文，被試設(shè)備接收報(bào)文，利用設(shè)備配套軟件統(tǒng)計(jì)報(bào)文接收數(shù)量，并與協(xié)議分析儀統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)比對，測試其在1 000 Mbps數(shù)據(jù)流量下的數(shù)據(jù)采集能力(表5)。

表5 1 000 Mbps流量數(shù)據(jù)采集測試數(shù)據(jù)

3) 測試結(jié)果

兩種網(wǎng)絡(luò)采集產(chǎn)品均可以在1 000 Mbps流量下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的完全采集。

3.3.2模擬復(fù)雜環(huán)境數(shù)據(jù)采集測試

1) 測試環(huán)境

由于實(shí)際使用環(huán)境中，網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)通過交換機(jī)互連，各節(jié)點(diǎn)間傳遞的報(bào)文類型、長度各不相同，模擬艦用網(wǎng)絡(luò)環(huán)境如圖2所示。交換機(jī)1和交換機(jī)2均為1 000 Mbps的24口交換機(jī)，兩個(gè)交換機(jī)直連；模擬節(jié)點(diǎn)1～6為PC機(jī)，節(jié)點(diǎn)7為筆記本電腦，分別接交換機(jī)1的普通口，用于模擬數(shù)據(jù)流；硬盤錄像機(jī)接交換機(jī)1的普通口，用于模擬數(shù)字視頻，提高網(wǎng)絡(luò)流量；模擬節(jié)點(diǎn)8為PC機(jī)，接交換機(jī)2的普通口，用于遠(yuǎn)程操控硬盤錄像機(jī)；協(xié)議分析儀接交換機(jī)2鏡像口，用作測試基準(zhǔn)；被測設(shè)備接交換機(jī)1鏡像口。

圖2 模擬復(fù)雜環(huán)境數(shù)據(jù)采集測試環(huán)境示意圖

2) 測試過程

測試時(shí)，數(shù)據(jù)流方向如圖2中箭頭所示，模擬節(jié)點(diǎn)1～7發(fā)送一定長度的廣播數(shù)據(jù)(虛線)，節(jié)點(diǎn)8遠(yuǎn)程操控并獲取硬盤錄像機(jī)16路動(dòng)態(tài)數(shù)字視頻信息(實(shí)線)。被試設(shè)備和協(xié)議分析儀分別在兩個(gè)鏡像口過濾掉其他數(shù)據(jù)而只接收廣播數(shù)據(jù)， 利用設(shè)備配套軟件統(tǒng)計(jì)報(bào)文接收數(shù)量， 并與協(xié)議分析儀統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)比對， 測試其在大流量復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)環(huán)境里對指定數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)的采集能力(表6)。

表6 模擬艦用環(huán)境數(shù)據(jù)采集測試數(shù)據(jù)

3) 測試結(jié)果

兩種數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品在模擬實(shí)際使用環(huán)境中對指定廣播數(shù)據(jù)都可以實(shí)現(xiàn)完全采集，在數(shù)據(jù)采集性能上均可滿足使用需求。

3.4 二次開發(fā)測試

二次開發(fā)工作主要利用產(chǎn)品提供的相關(guān)開發(fā)接口所編寫的適應(yīng)用戶個(gè)性化需求的數(shù)據(jù)采集程序。

利用第3.3節(jié)中的兩個(gè)測試環(huán)境，用兩個(gè)自行開發(fā)的程序?qū)煞N采集產(chǎn)品進(jìn)行了進(jìn)一步測試。測試結(jié)果顯示自行開發(fā)的數(shù)據(jù)采集程序?qū)τ趦煞N卡的數(shù)據(jù)采集性能及功能基本沒有影響。

1) 數(shù)據(jù)采集性能 兩種產(chǎn)品所提供的開發(fā)接口均可實(shí)現(xiàn)在1 000 Mbps數(shù)據(jù)流量下數(shù)據(jù)的完全采集；

2) 數(shù)據(jù)采集功能 兩種產(chǎn)品均可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)發(fā)送、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)過濾后錄取、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)以及流量等相關(guān)信息的實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)及分析、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的過濾與顯示等基本功能；

3) 二次開發(fā)靈活性 Clearsight僅提供了少量對數(shù)據(jù)處理及相關(guān)操作的接口，而Finisar提供的是對數(shù)據(jù)采集卡的操作接口。兩相比較，F(xiàn)inisar網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集卡在二次開發(fā)時(shí)需要做的工作更多一些，但正因?yàn)槿绱耍_發(fā)用戶程序時(shí)無論是在功能還是在界面上靈活性更大。

4 結(jié)束語

通過對兩種網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品的功能、性能以及二次開發(fā)的測試，在基本數(shù)據(jù)采集功能和性能方面兩種數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品都可滿足1 000 Mbps網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下數(shù)據(jù)完整采集的要求。在二次開發(fā)過程中，由于Finisar網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集卡提供的是對板卡本身的操作接口，可以在開發(fā)時(shí)做更多的個(gè)性化工作，開發(fā)靈活性更大，而Clearsight探針僅提供了部分?jǐn)?shù)據(jù)解析處理接口，開發(fā)靈活性不夠，但完成主要功能的二次開發(fā)工作較為簡單。

兩種網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品都可以滿足1 000 Mbps網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)監(jiān)控記錄設(shè)備使用需求，可根據(jù)不同應(yīng)用環(huán)境選擇適合的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品。其中，F(xiàn)inisar網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集卡已被選用于某型艦艇的數(shù)據(jù)錄取設(shè)備。

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